Đồ án: Công nghệ Hybrid Engine - Giải pháp sử dụng hiệu quả nhiên liệu

Đồ án kỹ thuật hybrid engine: Giải pháp tiết kiệm nhiên liệu, giảm phát thải ô nhiễm. Nghiên cứu ứng dụng động cơ hybrid hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Hưng
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Lê Quang
• Trường học: Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Nhập môn kỹ thuật
• Đề tài: Hybrid Engine trong việc sử dụng hiệu quả nhiên liệu và giảm phát thải ô nhiễm
• Loại tài liệu: Đồ án nhập môn
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• BÁO CÁO KẾT QUẢ LÀM VIỆC NHÓM
• LỜI MỞ ĐẦU
• GIỚI THIỆU CHUNG
• 1. I. CÔNG NGHỆ ĐỘNG CƠ HYBRID HIỆN TẠI
• 1.1. 1. Cấu trúc và chức năng từng khối
• 1.1.1. 1.1 Động cơ đốt trong
• 1.1.2. 1.2 Motor điện - máy phát điện
• 1.1.3. 1.3 Bộ phận chuyển đổi (Inverter with Converter)
• 1.1.4. 1.4 Ắc-quy điện áp cao
• 1.1.5. 1.5 Bộ truyền động (Hybrid drivetrain)
• 1.2. 2. Nguyên lí hoạt động
• 1.3. 3. Phân loại động cơ Hybrid
• 1.3.1. 3.1 Phân loại theo phương thức ngắt thời điểm công suất
• 1.3.2. 3.2 Phân loại động cơ hybrid theo cách truyền công suất
• 1.4. 4. Ưu điểm của động cơ hybrid so với động cơ xăng
• 1.4.1. 4.1 Chi phí hoạt động và bảo dưỡng
• 1.4.2. 4.2 Phạm vi hoạt động và thời gian sạc nhiên liệu
• 1.4.3. 4.3 Lượng phát thải ra môi trường và hiệu quả năng lượng
• 1.4.4. 4.4 Mức độ phát triển
• 1.4.5. 4.5 An toàn và hiệu quả kinh tế
• 2. II. HIỆN TRẠNG, PHÂN TÍCH VÀ GIẢI PHÁP
• 2.1. 1. Nhu cầu về nhiên liệu sạch
• 2.2. 2. Khí thải nhà kính
• 2.3. 3. Hybrid trong máy bay

Tóm tắt

I. Tổng quan công nghệ động cơ hybrid Giải pháp cho tương lai

Công nghệ động cơ hybrid đại diện cho một bước tiến quan trọng trong ngành công nghiệp ô tô. Đây là giải pháp kết hợp giữa hai nguồn năng lượng: một động cơ đốt trong truyền thống và một hoặc nhiều motor điện. Mục tiêu chính của sự kết hợp này là tối ưu hóa hiệu suất vận hành, qua đó giúp tiết kiệm nhiên liệu và giảm phát thải ra môi trường. Một bộ điều khiển điện tử thông minh sẽ quyết định khi nào sử dụng động cơ điện, khi nào dùng động cơ đốt trong, hoặc khi nào kết hợp cả hai để đạt hiệu quả cao nhất. Lịch sử của xe hybrid bắt nguồn từ rất sớm. Năm 1900, Ferdinand Porsche đã giới thiệu chiếc Lohner-Porsche Elektromobil, được xem là chiếc xe lai điện chức năng đầu tiên trên thế giới. Chiếc xe này sử dụng động cơ đốt trong để chạy một máy phát điện, cung cấp năng lượng cho các motor điện đặt ở bánh xe. Mặc dù ý tưởng đã có từ lâu, nhưng chỉ trong những thập kỷ gần đây, với áp lực về môi trường và sự tiến bộ của công nghệ pin và điện tử, công nghệ hybrid mới thực sự phát triển mạnh mẽ. Ngày nay, xe hybrid không còn là một khái niệm xa lạ mà đã trở thành một lựa chọn phổ biến, đóng vai trò là cầu nối thiết yếu trong quá trình chuyển đổi từ xe sử dụng nhiên liệu hóa thạch sang xe điện hoàn toàn, góp phần giải quyết bài toán về ô nhiễm môi trường và an ninh năng lượng.

1.1. Định nghĩa xe hybrid và lịch sử phát triển ban đầu

Xe hybrid, hay còn gọi là xe lai điện (Hybrid Electric Vehicle - HEV), là loại xe sử dụng đồng thời hai hệ thống truyền động khác nhau. Phổ biến nhất là sự kết hợp giữa động cơ đốt trong (xăng hoặc diesel) và một động cơ điện. Nguyên tắc cốt lõi là tận dụng ưu điểm của mỗi loại động cơ. Động cơ điện cung cấp mô-men xoắn cao ngay từ khi khởi động, rất hiệu quả khi xe chạy ở tốc độ thấp hoặc trong điều kiện giao thông đô thị. Ngược lại, động cơ đốt trong hoạt động hiệu quả hơn ở tốc độ cao và ổn định. Lịch sử ghi nhận những nỗ lực đầu tiên từ cuối thế kỷ 19, với đỉnh cao là chiếc Lohner-Porsche Elektromobil vào năm 1900. Thiết kế này đã đặt nền móng cho nguyên lý hoạt động của các hệ thống hybrid nối tiếp hiện đại, cho thấy tầm nhìn vượt thời gian về một phương tiện giao thông hiệu quả và sạch hơn.

1.2. Xu hướng tất yếu Tại sao xe lai điện lại quan trọng

Sự trỗi dậy của xe lai điện là một xu hướng tất yếu trước những thách thức toàn cầu. Vấn đề ô nhiễm môi trường không khí tại các đô thị lớn và biến đổi khí hậu do phát thải khí nhà kính đã trở nên cấp bách. Các phương tiện giao thông sử dụng động cơ đốt trong là một trong những nguồn phát thải CO2 chính. Công nghệ hybrid ra đời như một giải pháp thực tiễn và khả thi ngay lập tức. Nó không yêu cầu thay đổi đột ngột về cơ sở hạ tầng như xe điện hoàn toàn (BEV) nhưng vẫn mang lại lợi ích rõ rệt về việc giảm phát thải và tiết kiệm nhiên liệu. Xe hybrid giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, nâng cao hiệu quả năng lượng và góp phần xây dựng một hệ thống giao thông bền vững hơn cho tương lai.

II. Thách thức môi trường và vấn đề từ động cơ đốt trong

Các phương tiện giao thông truyền thống sử dụng động cơ đốt trong là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường lớn nhất. Quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch như xăng và diesel giải phóng một lượng lớn các chất gây hại vào khí quyển. Theo các nghiên cứu, một chiếc xe thông thường có thể thải ra môi trường khoảng 4,6 tấn carbon dioxide (CO2) mỗi năm. Con số này là một đóng góp đáng kể vào tổng lượng khí nhà kính, nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nóng lên toàn cầu và biến đổi khí hậu. Ngoài CO2, ống xả ô tô còn thải ra các khí độc hại khác như nitơ oxit (N2O) và mê-tan (CH4), những khí này có khả năng giữ nhiệt cao hơn CO2 nhiều lần. Sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch không chỉ gây hại cho môi trường mà còn tạo ra những rủi ro về an ninh năng lượng và biến động kinh tế. Trước thực trạng này, việc tìm kiếm và áp dụng các giải pháp thay thế là vô cùng cấp thiết. Công nghệ hybrid nổi lên như một câu trả lời trực tiếp cho những thách thức này, cung cấp một phương tiện sạch hơn, hiệu quả hơn mà không làm thay đổi hoàn toàn thói quen sử dụng của người dùng. Việc chuyển đổi sang xe hybrid là một bước đi chiến lược, giúp các quốc gia giảm thiểu dấu chân carbon và cải thiện chất lượng không khí.

2.1. Phân tích lượng khí thải nhà kính từ xe truyền thống

Việc đốt cháy mỗi gallon (khoảng 3,78 lít) xăng tạo ra khoảng 8.887 gram CO2. Đối với động cơ diesel, con số này còn cao hơn, ở mức 10.180 gram CO2. Những con số này cho thấy mức độ tác động trực tiếp của việc sử dụng xe động cơ đốt trong lên môi trường. Tổng lượng phát thải hàng năm của một phương tiện không chỉ phụ thuộc vào hiệu suất nhiên liệu mà còn cả quãng đường di chuyển. Bên cạnh khí nhà kính, các phương tiện này còn phát thải các hạt bụi mịn và các hợp chất hữu cơ bay hơi, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng, đặc biệt là ở các khu đô thị đông đúc. Việc hiểu rõ các nguồn phát thải này càng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc áp dụng các công nghệ sạch hơn như động cơ hybrid.

2.2. Nhu cầu cấp thiết về các giải pháp nhiên liệu sạch

Đối mặt với khủng hoảng khí hậu, thế giới đang chứng kiến một sự chuyển dịch mạnh mẽ sang các nguồn năng lượng sạch. Nhu cầu về nhiên liệu sạch không chỉ giới hạn ở ngành sản xuất điện mà còn lan rộng sang lĩnh vực giao thông vận tải. Các chính phủ trên toàn cầu đang ban hành những quy định ngày càng nghiêm ngặt về tiêu chuẩn khí thải. Các giải pháp như năng lượng hydro và pin nhiên liệu được xem là mục tiêu dài hạn. Tuy nhiên, xe hybrid là một giải pháp có tính thực tiễn cao ở thời điểm hiện tại. Nó cung cấp một lộ trình chuyển đổi mượt mà, giúp người tiêu dùng làm quen với công nghệ điện hóa và cho phép các nhà sản xuất ô tô giảm dần sự phụ thuộc vào động cơ đốt trong, đáp ứng các mục tiêu về môi trường một cách hiệu quả.

III. Khám phá cấu tạo cốt lõi của một hệ thống động cơ hybrid

Một hệ thống động cơ hybrid là sự tích hợp tinh vi của nhiều thành phần cơ khí và điện tử. Cốt lõi của hệ thống bao gồm một động cơ đốt trong (ICE) được thiết kế đặc biệt để hoạt động hiệu quả nhất khi kết hợp với hệ thống điện. Bên cạnh đó là motor điện – máy phát điện, một bộ phận đa năng vừa có khả năng tạo ra lực kéo để dẫn động bánh xe, vừa có thể hoạt động như một máy phát để thu hồi năng lượng. Quản lý dòng năng lượng phức tạp này là Bộ điều khiển công suất (Power Control Unit), trong đó có bộ phận chuyển đổi (Inverter with Converter). Bộ phận này có nhiệm vụ chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ pin thành dòng xoay chiều (AC) cho motor và ngược lại. Nguồn cung cấp năng lượng cho hệ thống điện là ắc-quy điện áp cao (HV Battery), thường là loại Pin Lithium-ion hoặc Niken-kim loại hydrua (NiMH) với mật độ năng lượng cao. Cuối cùng, bộ truyền động hybrid (Hybrid Drivetrain) kết hợp công suất từ cả hai nguồn và truyền tới các bánh xe. Cấu trúc này cho phép xe vận hành linh hoạt ở nhiều chế độ khác nhau, từ chạy hoàn toàn bằng điện đến sử dụng tối đa công suất kết hợp, nhằm đạt được hiệu quả năng lượng và giảm phát thải tối ưu.

3.1. Vai trò của động cơ đốt trong và motor điện trong xe lai

Động cơ đốt trong trên xe hybrid thường được tối ưu hóa để hoạt động trong dải vòng tua hiệu quả nhất, giúp giảm tiêu thụ nhiên liệu. Trong khi đó, motor điện bù đắp những điểm yếu của động cơ đốt trong. Nó cung cấp mô-men xoắn tức thì, giúp xe tăng tốc nhanh và êm ái từ vị trí đứng yên. Sự hỗ trợ của motor điện cũng cho phép động cơ đốt trong có kích thước nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo hiệu suất. Sự phối hợp nhịp nhàng giữa hai thành phần này là chìa khóa tạo nên ưu điểm vượt trội của công nghệ hybrid.

3.2. Tìm hiểu bộ chuyển đổi Inverter và ắc quy điện áp cao

Bộ chuyển đổi (Inverter) là bộ não của hệ thống điện. Nó không chỉ biến đổi dòng điện DC từ ắc quy điện áp cao thành AC để vận hành motor mà còn làm ngược lại trong quá trình phanh tái tạo năng lượng. Quá trình này biến dòng AC do motor tạo ra thành DC để sạc lại pin. Ắc quy điện áp cao là nơi lưu trữ năng lượng này. Các công nghệ pin hiện đại như Pin Lithium-ion có ưu điểm là mật độ năng lượng cao, tuổi thọ dài và trọng lượng nhẹ hơn so với các thế hệ pin cũ, góp phần quan trọng vào việc nâng cao phạm vi hoạt động và hiệu suất tổng thể của xe hybrid.

3.3. Nguyên lý phanh tái tạo năng lượng và các mô hình vận hành

Một trong những tính năng thông minh nhất của xe hybrid là hệ thống phanh tái tạo năng lượng. Khi người lái giảm tốc hoặc phanh, thay vì lãng phí động năng dưới dạng nhiệt như xe thường, motor điện sẽ đảo chiều hoạt động. Nó trở thành một máy phát điện, sử dụng lực cản của bánh xe để tạo ra điện và nạp lại vào pin hybrid. Xe hybrid có nhiều mô hình vận hành: chế độ chạy hoàn toàn bằng điện (EV mode) ở tốc độ thấp, chế độ hybrid kết hợp cả hai động cơ khi cần tăng tốc, và chế độ động cơ đốt trong hoạt động độc lập trên đường cao tốc trong khi sạc pin. Sự chuyển đổi linh hoạt giữa các chế độ này giúp xe luôn hoạt động ở mức hiệu quả nhất.

IV. Hướng dẫn phân loại các dòng xe hybrid phổ biến hiện nay

Thị trường ô tô hiện nay có nhiều loại xe hybrid khác nhau, mỗi loại có cấu trúc và nguyên lý hoạt động riêng. Việc phân loại giúp người dùng hiểu rõ hơn về khả năng và ưu nhược điểm của từng dòng xe. Về cơ bản, có thể phân loại động cơ hybrid theo cách truyền công suất. Hybrid nối tiếp (Series Hybrid) sử dụng động cơ đốt trong chỉ để phát điện, còn motor điện hoàn toàn đảm nhận việc dẫn động xe. Hybrid song song (Parallel Hybrid) cho phép cả động cơ đốt trong và motor điện cùng lúc truyền lực tới bánh xe. Tuy nhiên, phức tạp và hiệu quả nhất là Hybrid hỗn hợp (Series-Parallel Hybrid), kết hợp ưu điểm của cả hai loại trên. Ngoài ra, dựa trên mức độ điện hóa, xe hybrid còn được chia thành các loại phổ biến như Mild Hybrid (MHEV), Full Hybrid (HEV), và Plug-in Hybrid (PHEV). Mỗi loại xe này cung cấp mức độ tiết kiệm nhiên liệu và khả năng vận hành bằng điện khác nhau, đáp ứng nhu cầu đa dạng của người tiêu dùng và các quy định về giảm phát thải ngày càng khắt khe.

4.1. Phân loại theo truyền công suất Nối tiếp và song song

Trong hệ thống hybrid nối tiếp, không có kết nối cơ khí trực tiếp từ động cơ đốt trong đến bánh xe. Động cơ này chỉ hoạt động như một máy phát, cung cấp điện cho motor điện và sạc pin. Ngược lại, hệ thống hybrid song song có cấu trúc đơn giản hơn, trong đó cả động cơ đốt trong và motor điện đều được kết nối với bộ truyền động và có thể độc lập hoặc đồng thời cung cấp năng lượng cho bánh xe. Mỗi hệ thống có ưu điểm riêng: nối tiếp cho phép động cơ xăng luôn chạy ở chế độ tối ưu, trong khi song song thường hiệu quả hơn trên đường cao tốc.

4.2. Hệ thống hybrid hỗn hợp Sự kết hợp tối ưu nhất

Hệ thống hybrid hỗn hợp, hay còn gọi là nối tiếp-song song, là công nghệ tiên tiến nhất. Nổi bật là hệ thống Hybrid Synergy Drive của Toyota. Nó sử dụng một bộ chia công suất (power split device) để liên tục điều chỉnh và phân phối năng lượng từ động cơ đốt trong tới bánh xe và/hoặc máy phát điện. Cấu trúc này cho phép xe vận hành linh hoạt như một hệ thống nối tiếp ở tốc độ thấp và như một hệ thống song song ở tốc độ cao, mang lại hiệu quả năng lượng vượt trội trong mọi điều kiện lái xe.

4.3. Mild hybrid Full hybrid và Plug in hybrid PHEV

Mild Hybrid (MHEV) chỉ sử dụng một motor điện nhỏ để hỗ trợ động cơ đốt trong khi tăng tốc, không thể chạy hoàn toàn bằng điện. Full Hybrid (HEV) có motor điện mạnh hơn và pin lớn hơn, cho phép xe chạy một quãng đường ngắn ở chế độ thuần điện. Đặc biệt, Plug-in Hybrid (PHEV) được trang bị bộ pin hybrid dung lượng lớn hơn nhiều, có thể sạc bằng nguồn điện bên ngoài. Điều này cho phép PHEV di chuyển hàng chục km hoàn toàn bằng điện, giúp giảm phát thải và chi phí nhiên liệu một cách đáng kể cho các chuyến đi hàng ngày.

V. Hiệu quả thực tế Xe hybrid tiết kiệm nhiên liệu ra sao

Công nghệ hybrid mang lại những lợi ích đo lường được về mặt kinh tế và môi trường. Hiệu quả của nó không chỉ là lý thuyết mà đã được chứng minh qua các nghiên cứu và trải nghiệm thực tế. Một nghiên cứu tiêu biểu được thực hiện bởi Toyota Việt Nam và Đại học Bách khoa Hà Nội đã so sánh trực tiếp một mẫu xe hybrid và một mẫu xe xăng cùng loại trong điều kiện vận hành tại Việt Nam. Kết quả cho thấy sự chênh lệch đáng kể về khả năng tiết kiệm nhiên liệu. Đặc biệt, trong điều kiện giao thông nội đô thường xuyên ùn tắc, xe hybrid phát huy tối đa ưu điểm của mình, giảm mức tiêu thụ nhiên liệu xuống gần một nửa. Đồng thời, lượng khí thải CO2, một trong những khí nhà kính chính, cũng được cắt giảm mạnh mẽ. Ngoài ra, một lo ngại phổ biến của người tiêu dùng là về chi phí bảo dưỡng và độ bền của các bộ phận điện. Tuy nhiên, thực tế cho thấy các thành phần cốt lõi như motor điện và pin hybrid có tuổi thọ rất cao và không yêu cầu bảo dưỡng định kỳ, giúp chi phí vận hành tổng thể không cao hơn đáng kể so với xe truyền thống.

5.1. So sánh tiêu thụ nhiên liệu Hybrid và động cơ xăng

Nghiên cứu trên hai dòng xe Toyota Corolla Cross 1.8 HV (Hybrid) và 1.8 V (xăng) đã cho kết quả ấn tượng. Trong điều kiện nội đô với tốc độ trung bình 20km/h, phiên bản xe hybrid chỉ tiêu thụ 3,7 lít xăng/100km. Con số này thấp hơn 46,8% so với phiên bản xăng (6,96 lít/100km). Ngay cả trên đường cao tốc, xe hybrid vẫn cho thấy khả năng tiết kiệm nhiên liệu tốt hơn 18,5%. Những dữ liệu này khẳng định mạnh mẽ rằng động cơ hybrid là một giải pháp vượt trội về hiệu quả năng lượng, đặc biệt phù hợp với điều kiện giao thông tại các thành phố lớn.

5.2. Đánh giá mức độ giảm phát thải khí CO2 ra môi trường

Cùng với việc tiết kiệm nhiên liệu, giảm phát thải là lợi ích môi trường lớn nhất của xe hybrid. Nghiên cứu nói trên cũng chỉ ra rằng lượng phát thải CO2 của xe hybrid giảm từ 18,5% đến 57,4% so với xe xăng tùy thuộc vào điều kiện vận hành. Mức giảm mạnh nhất được ghi nhận khi xe chạy ở điều kiện thông thường trong thành phố. Khi xe dừng chờ, động cơ xăng tự động tắt, hoàn toàn không phát thải. Khi khởi động và chạy ở tốc độ thấp, xe ưu tiên sử dụng motor điện. Sự vận hành thông minh này giúp giảm thiểu đáng kể dấu chân carbon của phương tiện, góp phần cải thiện chất lượng không khí.

5.3. Chi phí vận hành và bảo dưỡng xe hybrid có thực sự đắt

Một quan niệm sai lầm phổ biến là xe hybrid có chi phí bảo dưỡng đắt đỏ. Thực tế, các bộ phận như động cơ điện và pin hybrid được thiết kế để hoạt động bền bỉ trong suốt vòng đời của xe và không cần bảo dưỡng định kỳ. Các hạng mục bảo dưỡng khác như thay dầu, kiểm tra phanh... gần như tương tự xe xăng. Thậm chí, nhờ hệ thống phanh tái tạo năng lượng, má phanh trên xe hybrid thường có tuổi thọ cao hơn. Do đó, tổng chi phí bảo dưỡng và vận hành của xe hybrid hoàn toàn cạnh tranh, thậm chí có thể tiết kiệm hơn xe xăng về lâu dài nhờ chi phí nhiên liệu thấp hơn.

VI. Tương lai xe hybrid và tiềm năng phát triển tại Việt Nam

Tương lai của ngành công nghiệp ô tô chắc chắn thuộc về điện hóa. Trong lộ trình đó, xe hybrid đóng một vai trò chiến lược không thể thiếu, đặc biệt tại các thị trường đang phát triển như Việt Nam. Theo dự báo của Bloomberg, xe hybrid (HEV) và plug-in hybrid (PHEV) sẽ là xu hướng chủ đạo của thị trường xe điện hóa toàn cầu cho đến năm 2030, trước khi xe điện hoàn toàn (BEV) trở nên phổ biến. Tại Việt Nam, tỷ lệ xe hybrid còn khá khiêm tốn nhưng dư địa phát triển là rất lớn. Công nghệ hybrid là giải pháp phù hợp nhất với điều kiện cơ sở hạ tầng hiện tại, khi không yêu cầu mạng lưới trạm sạc rộng khắp. Về mặt an toàn, xe hybrid được trang bị các công nghệ tiên tiến không kém gì xe truyền thống. Các hệ thống điện cao áp và pin được bảo vệ nghiêm ngặt, tự động ngắt khi có va chạm. Với những lợi ích rõ ràng về tiết kiệm nhiên liệu, giảm phát thải và tính thực tiễn cao, xe lai điện được kỳ vọng sẽ sớm trở thành lựa chọn hàng đầu của người tiêu dùng Việt Nam, góp phần vào mục tiêu phát triển giao thông xanh và bền vững của quốc gia.

6.1. An toàn và hiệu quả phanh trên các dòng xe lai điện

Tính an toàn xe điện là ưu tiên hàng đầu của các nhà sản xuất. Xe hybrid phải trải qua các bài kiểm tra va chạm nghiêm ngặt như Euro NCAP và thường đạt kết quả cao. Cụm pin hybrid được đặt trong một khung thép gia cường, chống va đập và thường được bố trí ở những vị trí ít có khả năng bị ảnh hưởng nhất khi xảy ra tai nạn. Hệ thống cảm biến sẽ tự động ngắt kết nối nguồn điện cao áp để đảm bảo an toàn cho hành khách và lực lượng cứu hộ. Hệ thống phanh cũng hiệu quả hơn nhờ sự kết hợp giữa phanh thủy lực truyền thống và phanh tái tạo năng lượng, giúp giảm quãng đường phanh và tăng độ ổn định.

6.2. Dự báo xu hướng phát triển của thị trường xe điện hóa

Thị trường Việt Nam đang cho thấy những dấu hiệu tích cực đối với xe điện hóa. So với các nước láng giềng như Thái Lan (với hơn 3% thị phần xe hybrid), Việt Nam vẫn còn một chặng đường dài nhưng tiềm năng là rất lớn. Xe hybrid là bước đệm hoàn hảo, giúp người dân làm quen với xe điện mà không phải lo lắng về phạm vi hoạt động hay thời gian sạc. Khi nhận thức của người tiêu dùng về lợi ích môi trường và kinh tế của công nghệ hybrid tăng lên, cùng với các chính sách khuyến khích từ chính phủ, thị phần của xe hybrid được dự báo sẽ tăng trưởng mạnh mẽ trong những năm tới, định hình lại bộ mặt ngành ô tô trong nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BAO CAO NHAP MON DAI HOC QUOC GIA __ GVHD: DANG LE QUANG DAI HOC BACH KHOA iP HO CHI MINH BK TP.HCM ĐÔ ÁN NHẬP MÔN KỸ THUẬT DE TÀI: HYBRID ENGINE TRONG VIỆC SỬ DỤNG HIỆU QUÁ NHIÊN LIỆU VÀ GIAM PHAT THAI 0 NHIEM LOP VP21HK---NHOM BROTHERHOOD-HK211 NGAY NOP 08/01/2022 Giảng viên hướng dẫn: TS. ĐẶNG LÊ QUANG Sinh viên thực hiện Mã số sinh viên Nguyễn Hưng (nhóm trưởng) 2113605 Hồng Gia Huy 2153377 Lê Quang Nhật Minh 2114050 Lê Nam Khánh 2113697 Võ Lê Thanh Dũng 2110969 Nguyễn Đức Duy 2110927 Thành phố Hỗ Chí Minh - 2022 BAO CAO NHAP MON GVHD: DANG LE QUANG BAO CAO KET QUA LAM VIEC NHOM Mé6n: NHAP MON KY THUAT (MSMH: TR1001) Lop: VP2IHK Ténnhom: HK 2 Nam hoc 2021-2022 Tuần 45 Tuần46 Tuần 47 Tuần 48 Tuần 49 Tuần 50 Tuần 51 Tuần 01 Tuần 02 Lên ý tưởng Tìm thông tin Tổng hợp báo cáo Làm poster Làm video Làm powerpoint Bi Cả nhóm m Hưng và Duy Chú thích: i Huy va Khanh LI Minh và Dũng BAO CAO NHAP MON GVHD: DANG LE QUANG LOI MO DAU Hiện nay, môi trường không khí tại nhiều quốc gia trên thế giới bi 6 nhiễm nghiêm trọng. Trước thách thức trên, Các giải pháp mới đã và đang được nghiên cứu, triển khai nhằm phát triển các dòng xe thân thiện với môi trường (xe xanh), trong đó có xe hybrid là giải pháp khả thi đối với các quốc gia, nhằm giảm phát thải khí nhà kính, tiết kiệm nhiên liệu, nâng cao chất lượng cuộc sông người dân. Cũng vì lí do đó, nhóm tụi em đã tìm hiểu, học hỏi và thực hiện đề tài này.

Trong bài báo cáo, tụi em sẽ giới thiệu về xe hybrid, thực trạng và ứng dụng của công nghệ hybrid hiện tại và tương lai. Và bọn em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn — Thầy Đặng Lê Quang đã dẫn dắt và tâm huyết truyền đạt những kiến thức, kĩ năng cho bọn em trong thời gian học hỏi và làm việc vừa qua. Nhập môn kĩ thuật là môn học thú vị và có tính thực tế cao, qua đề tài lần này nhóm bọn em đã tiếp thu được một lượng kiến thức không hề nhỏ. Chúng em đã có gắng hết sức đề hoàn thành bài báo cáo một cách chin chu nhất.

Nếu có sai sót, kính mong thầy xem xét và góp ý đề bài báo cáo của bọn em được hoàn thiện và tốt hơn. Nhóm bọn em xin chân thành cảm ơn! Nhom Brotherhood Team — lop VP21HK LOP VP21HK 1 BAO CAO NHAP MON GVHD: DANG LE QUANG MUC LUC IN9(90)89:1130Ẽ9)110 102717777. CÔNG NGHỆ ĐỘNG CƠ HYBRID HIỆN TẠI. Câu trúc và chức năng từng khối :.--sssc se se sex ssEsessesesevrrsesrsersree 5 1.1 Dộng cơ đốt fFOHRL.àà ch n1 ng 3 1.2 Motor điện - máy phát đIỆH:.

ảnh HH HH HH HH 6 1.3 Bộ phận chuyển đổi (Inverter with COHV€FI€F).à St tt nhe 6 1.4 Ac-quy điện áp cao.5 Bộ truyền động (Hybrid driVetFdif). ch HH HH ga 13 2. Nguyên lí hoạt động:. TY TH cà TT cà TH 0 4 0 0096 15 3.

Phân loại động cơ HĨybrÌ(d:,. HH go mg TH 9094 16 3.1 Phân loại theo phương thức ngắt thời điểm công suất:.2 Phân loại động cơ hybrid theo cách truyỀn CÔN SuẤT:. Ưu điểm của động cơ hybrid so với động cơ xăng:.- -oc-sccccc<cecssrsersese 19 4.1 Chi phí hoạt động và bảo (ƯỠN-. àà cà ST nh nh HH HH HH hở 19 4.2 Phạm vi hoạt động và thời gian sạc HhiÊH ỦIỆH:.3 Lượng phát thải ra môi trường và hiệu quả HĂHgG THƯỢNG.4 Mite AO plat trac.

nh ổn neẽ“nAăă.5 An todin vat hiéu qual Ranh ccc cece TS nh HH TH KH KH Ho ke Hà 29 II. HIEN TRANG, PHAN TÍCH VÀ GIẢI PHÁP. Nhu cầu về nhiên liệu sạCh:.s-s- s- se se sex vsevSsE38EEsEEEEEserserevkeraskeraersge 35 2. Khí thải nhà kính:.

HH TH H000, 38 LỚP VP2IHK 2 BAO CAO NHAP MON GVHD: DANG LE QUANG 3. Hybrid trong máy Day:. ca 0 TY TY TH HÀ th TT 11014. GIỚI THIỆU CHUNG 1.

Định nghĩa: Xe hybrid, thường được gọi là xe lai hay xe lai điện, là loại xe sử dụng hai nguồn động lực: Động cơ đốt trong và động cơ điện. Sự hoạt động của xe này là sự kết hợp hoạt động giữa động cơ đốt trong và động cơ điện sao cho tối ưu nhất. Một bộ điều khiển sẽ quyết định khi nào động cơ đốt trong hoạt động, khi nào động cơ điện hoạt động và khi nào cả hai cùng hoạt động. Khi xuất phát hoặc chạy trong thành phố, xe dùng động cơ điện cho ra moment xoắn cao mặc dù tốc độ thấp.

Khi tăng tốc hoặc chạy trên xe sẽ dùng động cơ đốt trong vì động cơ loại này có hiệu suất cao hơn khi vận hành ở tốc độ lớn. Bằng cách phân bó tối ưu hai nguồn động lực nêu trên sẽ giúp giảm ô nhiễm do khí thải và nâng cao tính kinh tế nhiên liệu. Lịch sử phát triển: Năm 1898: Tiến sĩ Ferdinand Porsche 23 tuổi, đã tạo ra xe có nhiều đặc tính của xe hybrid đầu tiên. Sử dụng một động cơ đốt trong để quay máy phát cung cấp điện đến môtơ điện.

Môtơ điện đặt trong trục bánh xe. Xe có thé chạy được 40 dặm chỉ sử dụng nguồn điện từ ắc quy. LỚP VP2IHK 3 BAO CAO NHAP MON GVHD: DANG LE QUANG Năm 1900: Chiếc xe có tên gọi Lohner-Porsche Elektromobil trình làng tại triển lãm Paris Exposition. Khởi đầu là một chiếc xe chạy hoàn toàn bằng điện song nhà thiết kế Ferdinand Porsche đã nhanh chóng bỗ sung thêm động cơ đốt trong để sạc lại pin năng lượng cho xe và đó là khi nó trở thành chiếc xe hybrid (động cơ lai) dau tiên trên thế giới.

TT, ỉ \9 Năm 1917: Woods Motor Company giới thiệu Woods Dual Power, mẫu xe điện “lai” được trang bị thêm động cơ đốt trong 4 xylanh. Dual Power đạt vận tốc tôi đa khoảng 56,3 km/h và không phải là một thiết kế thành công. LỚP VP2IHK 4 BAO CAO NHAP MON GVHD: DANG LE QUANG 1980-1997: Nhiều công ty ôtô khác nhau, cũng như là nhà sáng chế độc lập tiếp tục cải tiến trên lí thuyết hybrid. Tao ra nhiéu dy dinh khac nhau.

Những năm này được xem là một mốc quan trọng trong lịch sử hybrid bởi vì máy tính đã bắt đầu được sử dụng trong hybrid giúp tăng hiệu suất. Cầu tạo hệ thông động cơ hybrid hiện nay: Bộ điều khiẻn Power ControL Unit Motor. Mô tơ điện Generator May phat dién 3. Xu hướng phát triển: Sự phát triển các phương tiện giao thông ở các khu vực trên thế giới nói chung không giống nhau, mỗi nước có một quy định riêng về nồng độ phát thải khí thải của xe , nhưng đều có xu hướng là từng bước cải tiễn và chế tạo ra loại ôtô mà mức phát thải và ô nhiễm là thấp nhất và giảm tối thiêu sự tiêu hao nhiên.

Ôtô sạch không gây ô nhiễm là mục tiêu hướng tới của các nhà nghiên cứu và chế tạo ôtô ngày nay. Có nhiều giải pháp đã được công bố trong những năm gần đây, như hoàn thiện quá trình cháy của động cơ, sử dụng các loại nhiên liệu không truyền thống cho ôtô như LPG, khí thiên nhiên, methanol, biodiesel, điện, pin nhiên liệu, năng lượng mặt trời, LỚP VP2IHK 5 BAO CAO NHAP MON GVHD: DANG LE QUANG ôtô dùng động cơ lai (hybrid). Trong số những giải pháp công nghệ trên thi xe sử dụng công nghệ #ybrid đang được ứng dụng ngày càng phố biến và cho hiệu quả cao. CÔNG NGHỆ ĐỘNG CƠ HYBRID HIEN TAI 1.

Cấu trúc và chức năng từng khối : 1.1 Động cơ đốt trong: Ở các xe điện lai (HEVs), động cơ đốt trong là động cơ cung cấp nguồn năng lượng chính. Tuy nhiên, động cơ đốt trong trên các xe hybrid được phát triển và thiết kế đặc biệt cho hệ thông hybrid và khác xa với các động cơ truyền thông ở nhiều điểm sau đây: - Động cơ hoạt động lâu hơn ở công suât cao hơn và mức công suât của nó không thay đổi thường xuyên. - _ Động cơ có hiệu suât nhiệt được nâng lên tôi đa với mức tiêu thụ nhiên liệu và Hình ảnh động cơ đốt trong trên xe hybrid (Toyota Prius) LỚP VP2IHK 6 BAO CAO NHAP MON GVHD: DANG LE QUANG 1.2 Motor dién — may phat dién: Motor điện hỗ trợ cho động cơ đốt trong khi vận hành nhằm cung cấp thêm nguồn năng lượng cho hệ thông truyền động và hệ thống phanh trong các chế độ vận hành khác nhau. Có ít nhất một hoặc hai motor điện trên các dòng xe điện lai và cần phải có một bình ắc-qui điện để cung cấp năng lương cho motor điện hoạt động.

Tổ hợp motor điện — máy phát số I (MGI-Motor Generater l) có nhiệm vụ nạp điện trở lại cho ắc-quy điện áp cao (IV Battery), đồng thời cấp điện năng để dẫn động cho MG2 (MG2-Motor Generater 2). MGI hoạt động như một motor đề khởi động động cơ chính của xe đồng thời điều khiển tỷ số truyền của bộ truyền bánh răng hành tinh gần giồng như một CVT. Tổ hợp motor điện — máy phát số 2 (MG2) có nhiệm vụ dẫn động cho các bánh xe chủ động tiến hoặc lùi xe. Trong suốt quá trình giảm tốc và phanh xe, MG2 hoạt động như một máy phát và hấp thu động năng (còn gọi là quá trình hãm tái sinh năng lượng) chuyền hóa thành điện năng đề nạp lại cho ắc-quy điện áp cao.

Sự kết hợp giữa động cơ chinh va motor điện có nhiều lợi ích như sau: - Motor điện cung cấp mô-men xoắn cao liên tục ở tốc độ quay thấp. Vì mô-men xoắn của động cơ chính chỉ tăng khi ở tốc độ quay tầm trung nên việc kết hợp giữa động cơ điện và động cơ chính có thê cho một phản ứng động lực cao ( high dynamic response). - _ Nhờ sự hỗ trợ của motor điện làm cho động cơ chính có thể vận hành với hiệu suất cao nhất hoặc lượng khí thải thấp. - - Sự kết hợp của động cơ điện cần thiết cho việc sử dụng một hộp số nhiều cấp trong khi vẫn giữa nguyên mức hiệu suất khi lái xe.

Bộ truyền : : Ắc quy HV Xcebsb6860 hành tinh ' MG2 LOP VP21H BAO CAO NHAP MON GVHD: DANG LE QUANG Sơ đồ vi trí của các bộ phận trong hệ thống truyền động 1.3 Bộ phận chuyền đôi (Inverter with Converter) Bộ chuyền đổi biến dòng điện một chiều từ ắc-quy điện áp cao (HV Batterry) thành dòng xoay chiều làm quay motor điện hoặc biến dòng xoay chiều từ máy phát thành dòng điện một chiều đề nạp điện cho ắc-quy.